[发明专利]用于DCM Flyback转换器的电荷平衡控制方法及电荷平衡控制器

说明书

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及用于DCM Flyback转换器的电荷平衡控制方法及电荷平衡控制器，包括：在两个开关周期内完成电荷平衡控制，其中在每个开关周期执行以下步骤：基于采样得到的当前开关周期转换器的输入输出，计算当前开关周期占空比为高时转换器向输出电容的输出电荷Q_ch，同时根据预估两个开关周期后转换器的输出电压v_ext，式中v_out和分别为采样得到的当前开关周期在Q_ch＝0时的输出电压及其变化；基于Q_ch、v_ext以及参考电压v_ref，根据Q_ref＝C(v_ref‑v_ext)‑Q_ob计算参考电荷Q_ref，用于数字脉宽调制信号占空比的计算以控制转换器在下一开关周期的开关。本发明预估两个开关周期后的输出电压，用于无滞后计算下一个开关周期的参考电荷，改善对电路扰动的瞬态响应。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，更具体地，涉及一种用于DCM Flyback转换器的电荷平衡控制方法及电荷平衡控制器。

背景技术

Flyback转换器因其方案简单、体积小和具有电气隔离特性而被广泛应用于工业领域中。该转换器可以在连续导通模式(CCM)或断续导通模式(DCM)下运行。这两种模式各有优劣。当功率水平相对较高时，在CCM模式下运行的Flyback转换器可以实现比在DCM模式下运行时更高的效率和更低的电压应力。但在这种模式下Flyback转换器需要高磁电感和大尺寸变压器。此外，由于此时的Flyback转换器传递函数包含右半平面(RHP)零点，因此在CCM模式下运行的Flyback转换器带宽有限。与CCM模式相比，DCM模式的优势在于：仅需要小尺寸变压器、二极管反向恢复效应的减少、和RHP零点的消除便于稳定的控制等。由于在DCM中运行的Flyback转换器可以被认为是一种易于控制的电流源，因此它被广泛用于PV-AC模块和PFC系统。

为了节省转换器的成本、功率、尺寸并改善瞬态响应，人们在传统转换器控制策略的基础上不断地探索新的方法。为了实现最佳瞬态响应，基于电压的电荷平衡(VCB)控制器被用于在CCM下运行的Buck转换器。该控制方法不断调整主开关的ON/OFF状态，以便电感电流可以在最短的时间内为输出充电。然而，当其通过数字电路实现时，这种方法会降低性能，因为它需要连续采样和计算。此外，虽然该策略可以实现最佳动态响应，但其仅适用于Buck转换器应用。基于此种思想，有人提出了基于平均电流的电荷平衡控制(AverageCurrent-based Charge Balance，ACCB)并用于Flyback转换器。ACCB策略不是连续采样和计算，而是基于脉宽调制(PWM)，在每个开关周期进行一次采样和计算，其通过计算下一个开关周期的合适占空比来优化瞬态响应。ACCB策略适用于许多不同的转换器，并可以在PWM下实现最佳动态响应。然而，ACCB算法计算参考电荷时滞后了两个开关周期，这会降低电路瞬态响应的效果。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于DCM Flyback转换器的电荷平衡控制方法及电荷平衡控制器，其目的在于提高对电路扰动的瞬态响应。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于DCM Flyback转换器的电荷平衡控制方法，在两个开关周期内完成电荷平衡控制，其中在每个开关周期执行以下步骤：

基于采样得到的当前开关周期DCM Flyback转换器的输入输出，计算当前开关周期占空比为高时Flyback转换器向输出电容的输出电荷Q_ch，同时根据预估两个开关周期后Flyback转换器的输出电压v_ext，式中v_out和分别为采样得到的当前开关周期在Q_ch＝0时的输出电压和输出电压变化，T为单个开关周期时长；